(57)【要約】【課題】本発明の目的は，光学接続構造を構成するにあたり，光学接続構造を構成する部材が、熱的変化による寸法変化により生じる接続状態の変化を極力抑えることができる安価な光学接続構造を提供することにある。【解決手段】光伝送媒体同士、または光伝送媒体と光学部品が基材上の接続点Ｃで光学接続される光学接続構造において、該光伝送媒体が固定点Ａで装着部材に固定されており、該装着部材が、該固定点Ａよりも該接続点Ｃから離れた位置にある固定点Ｂで該基材に固定されており、かつ、該装着部材の線膨張係数αｓは該基材の線膨張係数αｋよりも大きいことを特徴とする光学接続構造である。前記光伝送媒体と前記装着部材の前記固定点Ａよりも接続点Ｃから離れた位置に、該光伝送媒体を該装着部材に固定する固定点Ｄが設けられ、かつ該固定点Ａと該固定点Ｄ間で該光伝送媒体が撓みを有してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送媒体同士、または光伝送媒体と光学部品が基材上の接続点Ｃで光学接続される光学接続構造において、該光伝送媒体が固定点Ａで装着部材に固定されており、該装着部材が、該固定点Ａよりも該接続点Ｃから離れた位置にある固定点Ｂで該基材に固定されており、かつ、該装着部材の線膨張係数αｓは該基材の線膨張係数αｋよりも大きいことを特徴とする光学接続構造。
【請求項２】
前記光伝送媒体が前記装着部材に固定される固定点として、前記固定点Ａ以外に固定点Ｄが設けられており、該固定点Ｄは該固定点Ａよりも前記接続点Ｃから離れた位置にあり、かつ、該固定点Ａと該固定点Ｄ間で該光伝送媒体が撓みを有することを特徴とする請求項１に記載の光学接続構造。
【請求項３】
前記光伝送媒体同士、または前記光伝送媒体と前記光学部品の位置合わせのために、前記基材に固定された位置合わせ部材が用いられることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光学接続構造。
【請求項４】
前記位置合わせ部材として溝状物が用いられ、前記光伝送媒体が、押圧手段により該溝状物に押さえ込まれることを特徴とする請求項３記載の光学接続構造。
【請求項５】
前記装着部材または前記基材のどちらか一方が固定ピンを、他方が穴構造をそれぞれ有しており、該固定ピンが該穴構造に挿入されることによって、該装着部材が基材に、上方から着脱可能に固定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学接続構造。
【請求項６】
該装着部材が該基材に固定されている前記固定点Ｂに、該固定点Ｂの位置を調整するための補正部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単心及び多心光ファイバを接続するのに好適な光学接続構造に係る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
単心の光ファイバの接続用としては、ＦＣ、ＳＣ、ＭＵ、ＬＣ等の接続部品が、多心接続用としてはＭＰＯ、ＭＰＸ、ＭＴＰタイプ等の接続部品が提供されている。これらの光コネクタは、光ファイバをフェルールの貫通孔に挿入・接着し、光ファイバ先端を研磨した後、各タイプのハウジングにフェルールを取り付け、バネ圧により、フェルール端面同士を突合し、光学接続させている（例えば特許文献１）。これらの構造では、フェルール先端をバネ圧で突き合わせているため、熱によりフェルールに光ファイバ軸方向に膨張・収縮する力が働いても、接続状態を安定に保つことができる。しかし、研磨工程が必要であることや部品点数の多さから、コストが高いという問題があった。
【０００３】
これらの問題を解決するため、より簡便に接続できる低コストの光学接続部品として、メカニカルスプライスや光ファイバ同士を直接突合させる接続方法等が提案されている。メカニカルスプライスに関しては、光ファイバの突合部で光ファイバを強固に基材等に押しつけ、固定する方法が採用されている（例えば特許文献２）。この場合も、光ファイバを固定する部材についてはすべて寸法変化の少ない材料を使用する必要があるため、コスト高となっていた。また、強固に固定しても、部材等が光ファイバに接触する距離が長いと、熱変化による材料の寸法変化の影響を受けやすく、光ファイバ端が移動し、損失が増大する問題があった。また、光ファイバの座屈力を利用して光ファイバを突合させたりする手法が採用されている光コネクタ（例えば特許文献３）では、座屈した光ファイバの長さの範囲で、光学接続状態に対する膨張・収縮の影響を抑えている。しかしながら、光ファイバ端部を位置合わせさせる貫通孔やＶ溝との摩擦により、光ファイバ端の動きが抑制されると、熱的変化による部材の膨張・収縮の影響を抑えることができず、接続損失が増大するという問題があった。
【特許文献１】特開平７−８４１５２号公報
【特許文献２】特開平８−２２７０２６号公報
【特許文献３】特開平９−１５９８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は，従来の技術における上記のような問題点を解決することを目的としてなされたものである．すなわち，本発明の目的は，光学接続構造を構成する部材が、熱的変化により寸法変化を起こし、これによって接続状態が変化し、接続損失が増大するのを極力抑えることができる安価な光学接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する本願光学接続構造として、光伝送媒体同士または光伝送媒体と光学部品が接続点Ｃで光学接続される光学接続構造において、該光伝送媒体が固定点Ａで装着部材に固定され、該装着部材が固定点Ｂで該基材に固定されている図１に示される構造を提案する。図中の１と２は接続点Ｃで接続された光伝送媒体を表わし、３は光伝送媒体１を固定点Ａで固定する装着部材を示す。装着部材３は基材５に固定点Ｂで固定されている。接続点Ｃと固定点Ａは光伝送媒体の軸方向に距離ＬＣＡだけ離れており、固定点Ａと固定点Ｂは距離ＬＡＢだけ離れている。温度変化によって、図中の基材５、装着部材３、光伝送媒体１は、熱的変化によって、それぞれ寸法が変化し、それによって接続点Ｃにおいて接続状態が変化する。この変化を抑えるためには、装着部材の線膨張係数αｓは基材の線膨張係数αｋより大きい必要がある。
【０００６】
すなわち、本願発明の光学接続構造は、光伝送媒体同士、または光伝送媒体と光学部品が基材上の接続点Ｃで光学接続される光学接続構造において、該光伝送媒体が固定点Ａで装着部材に固定されており、該装着部材が、該固定点Ａよりも該接続点Ｃから離れた位置にある固定点Ｂで該基材に固定されており、かつ、該装着部材の線膨張係数αｓは該基材の線膨張係数αｋよりも大きいことを特徴とする光学接続構造である（請求項１）。
【０００７】
また、本願発明の光学接続構造は、前記光伝送媒体が前記装着部材に固定される固定点として、前記固定点Ａ以外に固定点Ｄが設けられており、該固定点Ｄは該固定点Ａよりも前記接続点Ｃから離れた位置にあり、かつ、該固定点Ａと該固定点Ｄ間で該光伝送媒体が撓みを有することを特徴とする（請求項２）。即ち、模式的には図２の構造である。固定点Ｄを新たに設けることによって、装着部材３や光伝送媒体１の熱膨張、熱収縮のよる光伝送媒体の伸び縮みが装着部材の外部に影響を及ぼすことがないという利点が生まれる。装着部材３の内部の光伝送媒体１の熱膨張、熱収縮が、固定点Ａ、Ｄでの光伝送媒体への応力増加をもたらすことがないという利点が生じ、そのため光損失の増加をもたらさない。
【０００８】
また、本願発明の光学接続構造においては、前記光伝送媒体同士または前記光伝送媒体と前記光学部品の位置合わせのために、前記基材に固定された位置合わせ部材が用いられることが好ましく（請求項３）、位置合わせ部材としては溝状物が用いられ、前記光伝送媒体が、押圧手段により該溝状物に押さえ込まれることが好ましい（請求項４）。
【０００９】
さらに、前記装着部材または前記基材のどちらか一方が固定ピンを、他方が穴構造をそれぞれ有しており、該固定ピンが該穴構造に挿入されることによって、該装着部材が基材に、上方から着脱可能に固定される構造とすることができる（請求項５）。また、本願発明の光学接続構造においては、前記装着部材が前記基材に固定される前記固定点Ｂの該装着部材と該基材の間に補正部材が設けられ、前記ＬＡＢを調整することも可能である（請求項６）。
【００１０】
本願発明の光学接続とは、光伝送媒体と光学部品中の光伝送部分（例えばコア部分）が互いに位置合わせされ、光伝送媒体同士あるいは光伝送媒体と光学部品が物理的に互いに接触している状態をいう。またその接触部分に屈折率整合剤やそれと同等の機能を有するゲルやフィルム状部材が存在しても良い。
【００１１】
上記した本発明の光学接続構造における基材の材料は、特に限定されないが、線膨張係数が小さいものが好ましく使用される。例えば、プリント基板に使用されている紙フェノール基板、布フェノール基板、ガラスエポキシ基板や、結晶性プラスチック、セラミック、ガラス、または、ガラス繊維、フィラー等が混入された材料等がよい。装着部材の材料としては、基板材料よりも大きい線膨張係数を有していれば特に限定されないが、基材に対して線膨張係数が２倍以上のものが好ましく使用される。例えばガラス材を含まないＰＰＳ（ポリパラフェニレンスルファイド）樹脂やＡＢＳ樹脂等の樹脂、金属等が挙げられる。あるいは、ガラス繊維またはガラスフィラ−を含有したＰＰＳ樹脂のガラス含有量が少ないものなどを使用することができる。光ファイバの位置合わせ部材として用いられるＶ溝部材、または貫通孔部材の材料についても、プラスチック、セラミック、金属、ジルコニア，ガラス金属等で作製されたものが好ましく使用される．
【００１２】
本願発明の光伝送媒体は、光ファイバあるいは光導波路である。光ファイバとしては、適用目的に応じて適宜選択して使用され、例えば、石英またはプラスチック製のシングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ等が好ましく使用される。また、一度に接続される光ファイバの本数に制限はなく、Ｖ溝部材のＶ溝の本数分の相対する光ファイバを接続できる。また光ファイバの接続には，屈折率整合剤を接合する光ファイバ間に塗布して接続しても，光ファイバ同士を突き合わせることによるＰＣ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｏｎｔａｃｔ）接続を行ってもよい．屈折率整合剤を用いる場合は、材料、形態、設置方法は特に限定されず、材料としては，光ファイバの屈折率，材質により適宣材料を選択して使用すればよく、例えば，シリコーンオイル，シリコーングリス等が好ましく使用される．また、屈折率整合剤の形態は液状でも固体状でもよく、例えばオイル状、グリス状、ジェル状、フィルム状のものでもよい。
【００１３】
光学部品としては、例えば、レンズ、偏光板、発光素子、受光素子等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、面型素子であっても、導波路型素子であってもよい。光ファイバと導波路型素子の接続を行う場合には、Ｖ溝等の位置合わせ部材と導波路型素子の導波路部を予め位置合わせさせておくのが好ましく、導波路型素子と位置合わせ部材が一体化されている場合には、位置合わせ部材を基材に固定せずに、導波路型素子を装着部材に固定するか、もしくは、基材に直接固定することが好ましい。
【００１４】
本願発明の光学接続構造における装着部材への光ファイバの固定方法は、如何なる方法であってもよく、溝又は貫通孔に装着し接着剤で固定したり、機械的に把持してもよい。さらに、また、装着部材を基材に固定する際の固定方法として、上記で説明した固定ピンを用いた方法のほかに、ラッチにより装着部材と基材を係合したり、装着部材と基材を接着固定したり、凹凸部位をはめ込み機械的摩擦力により固定したりするなど、如何なる方法でも用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上記の光学接続構造においては、熱膨張率が小さく高価な材料で部材を構成することなく、線膨張係数の異なる部材の組み合わせおよび光伝送媒体や装着部材の固定部位を規定することによって、熱膨張、熱伸縮による光伝送媒体の接続点の変位距離を制御できた。これによって、熱変化による接続状態の変化、光損失の増加を押さえた安価な光学接続構造を提供することができた。さらに、光学接続構造（装着部材）外部での光ファイバの長さの変化を押さえることができ、基材上での光ファイバの配線設計が容易になること、基材に垂直方向に装着部材が着脱でき、作業性が向上することなどの効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図３は本願発明の第１の実施の形態に係る光学接続構造を示す正面図である。図に示す光学接続構造は、光ファイバ２１、２２、装着部材３、基材５、位置合わせ部材として用いているＶ溝部材６により構成されている。光ファイバ２１、２２として、２５０μｍ径の石英ガラス製光ファイバ心線の被覆を端部から１５ｍｍを除去し，被覆端部から１０ｍｍのところで光ファイバ素線（１２５μｍ径）をカットした２本の光ファイバを用いている。光ファイバ２１が固定された装着部材３は、基材上の固定点Ｂで接着剤７により固定されており、さらに光ファイバ２１は固定点Ａで接着剤７により装着部材３に固定され、先端の接続点Ｃで対向する光ファイバ２２と光学接続されている。また、図３の光学接続構造は接続点Ｃをはさんで左右対称の構造になっている。
【００１７】
基材５は、ガラスコンポジット基板ＣＥＭ−３（線膨張係数αｋは２５ｐｐｍ／℃）を用いており、その大きさは７２ｍｍ×４７ｍｍ×１．２ｍｍｔである。装着部材３はＡＢＳ樹脂製で、その大きさは、２０ｍ×２０ｍｍ×４ｍｍである。ＡＢＳの線膨張係数αｓは１００ｐｐｍ／℃であるので、基材の線膨張係数αｋよりも大きくなっている。また、Ｖ溝部材６はＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）ガラスコンポジットで作製されており、その長さは５ｍｍである。ＬＣＡの長さは２４ｍｍ、ＬＡＢの長さは８ｍｍに設定されている。石英ガラス光ファイバの素線の線膨張率αｇの値は０．５ｐｐｍ／℃である。なお、熱膨張係数の測定は、プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法（ＪＩＳ  Ｋ７１９７）による。
【００１８】
上記接続構造を−２５℃⇔７０℃の温度サイクル環境下に置き、光損失変動の測定を行なったところ、光損失の変動は０．２ｄＢ以内であり、実用上問題ないことを確認した。
上記のように、光ファイバの装着部材への固定位置、装着部材の基材への固定位置を規定し、本願請求項で特定する線膨張係数の異なる部材を組み合わせることにより、熱膨張、熱伸縮による光伝送媒体の接続点の変位距離を制御し、これによって、熱変化による接続状態の変化、光損失の増加を押さえた安価な光学接続構造を提供することができた。なお、図３では、接続点Ｃをはさんで左右対称の光学接続構造となっているが、光ファイバ同士の接続において左右対称であることは本願発明の必要条件ではない。
【００１９】
図４は本願発明の第２の実施の形態に係る光学接続構造を示す正面図であり、光ファイバと光学部品の接続を示す図である。この接続構造は、光ファイバ２１、装着部材３、基材５、位置合わせ部材として用いているＶ溝部材６、光学部品（ここでは光パワーメータ）３０から構成される。光ファイバ２１は２５０μｍ径の石英ガラス光ファイバ心線の被覆を端部から１５ｍｍを除去し，被覆端部から１０ｍｍのところで光ファイバ素線（１２５μｍ径）をカットした光ファイバを用いている。光ファイバ２１が固定された装着部材３は、基材上の固定点Ｂで接着剤７により固定されており、さらに光ファイバ２１は固定点Ａで接着剤７により装着部材３に固定され、先端の接続点Ｃで光学部品３０と光学接続されている。
【００２０】
基材の材質、装着部材の材質、Ｖ溝部材６の材質、ＬＣＡの長さ、ＬＡＢの長さは第１の実施の形態と全く同じである。したがって、装着部材の線膨張率αｓは基材の線膨張率αｋよりも大きい。なお、Ｖ溝部材６の溝の長さは３ｍｍである。上記接続構造を−２５℃⇔７０℃の温度サイクル環境下に置き、光損失変動の測定を行なったところ、光損失の変動は０．２ｄＢ以内であり、実用上問題ないことを確認した。
【００２１】
図５（ａ）は、本願発明の第３の実施の形態に係る光学接続構造を示す正面図であり、光ファイバ２１と光学部品３０の接続を示す図である。図中の符号は、本願発明の第２の実施形態と同じであり、基材の材質、装着部材の材質、Ｖ溝部材６の材質、ＬＣＡの長さ、ＬＡＢの長さも第２の実施の形態と全く同じである。この実施形態において、第２の実施形態の光学接続構造と異なるのは、装着部材と光ファイバとの固定点Ｄが、装着部材の後端部に新たに設けられていることである。従って、光ファイバ２１は固定点Ａと固定点Ｄの２箇所で装着部材に固定されている。また、固定点Ａと固定点Ｄの間の光ファイバ２１が撓みを有しており、この点も、第２の実施形態の光学接続構造と異なっている。この光学接続構造により、固定点が増加することにより光ファイバをより強固に固定できるようになり、光学接続の機械的安定性を向上させることができる。また、光ファイバ２１が撓みを有しているので、この部分で光ファイバ２１の熱膨張、熱収縮を吸収でき、固定点Ａ、Ｄでの光ファイバへの応力増加をもたらすことがないという利点が生じ、そのため光損失の増加をもたらさない。また、光学接続構造内部の光ファイバの伸縮、膨張の影響が光学接続構造の外部には及ばないので、基材上での光ファイバの配線設計が容易になる。
【００２２】
図５（ｂ）は図５（ａ）の光学接続構造の変形例を示したものである。図５（ａ）の場合は、固定点Ａと光学部品３０の間の光ファイバ２１は直線的であったが、図５（ｂ）では、この部分の光ファイバ２１が屈曲し、光学部品３０に屈曲による押圧が加わっている。このように光ファイバが屈曲している場合は、部材の寸法変化が多少あった場合にも、光ファイバの接続状態をより安定に保つことができる。
【００２３】
図６（ａ）〜（ｃ）は、本願発明の第４の実施の形態に係る光学接続構造の作製プロセスを示す正面図であり、撓みを有する光ファイバ２１と光学部品３０との接続を示し、装着部材３が基材５に対して着脱可能の構造となっている。基材の材質、装着部材の材質、ＬＣＡの長さ、ＬＡＢの長さは第２の実施の形態と全く同じである。図６（ａ）のように、基材５の固定ピン９は装着部材３の固定孔１０に対応して構成されている。固定ピン９を固定孔１０に挿入することによって、装着部材３は基材５に固定される（図６（ｂ））。この構造では、装着部材３を基材５の一定位置に上方から垂直に装着固定することが可能となる。また、最終的には、押圧部材１１で、光ファイバ２１をＶ溝部材６に押しつける構造を採っている（図６（ｃ））。押圧部材は、光ファイバ１１を完全に固定するものではなく、温度変化に対する光ファイバの伸縮に伴う移動を妨げるものではない。
【００２４】
図７（ａ）〜（ｃ）は、本願発明の第５の実施の形態に係る光学接続構造の作製プロセスを示す正面図であり、撓みを有する光ファイバ２１と光学接続部品３０との光学接続を示し、光ファイバ２１を装着部材３に固定する固定点Ａが固定ビス１２を用いた構造になっている。また、装着部材３が光ファイバを押圧する押圧ピン１３を有する。その作製プロセスは、図７（ａ）に示すように、まず、屈曲した光ファイバ２１を固定点Ａの固定ビス１２で装着部材３に仮固定する。次に、光ファイバ２１の屈曲状態を保持したまま、基材５に設けた固定ピン９を装着部材３の固定孔１０に挿入させることで、装着部材３を基材５に上方から垂直に装着する（図７（ｂ））。その後、装着部材３の固定ビス１２を緩めることで仮固定された光ファイバ２１を解放・伸展させ、光学部品３０と突合させた後、再び、固定ビス１２を締めることで、光ファイバ２１を固定点Ａで固定し、本光学接続構造の作製が完了する（図７（ｃ））。その際、光ファイバ２１は装着部材３に設けた押圧ピン１３によりＶ溝内に押さえ込まれ、位置合わせされている。なお、基材の材質、装着部材の材質、ＬＣＡの長さ、ＬＡＢの長さは第２の実施の形態と全く同じである。
【００２５】
上記光学接続構造の作製プロセスにおいては、光ファイバ２１を屈曲させ、光ファイバ先端を装着部材３内に引き込んでいる。これによって、光ファイバ２１が光学部品３０（あるいは対向する光ファイバ等）に接触することによる破損を避けることが可能となる。また、押圧ピン１３により光ファイバをＶ溝に押し込むことで、光ファイバとの摩擦力を抑えることが可能になり、温度変化に伴う光ファイバの移動を妨げない。従って、上記構造により、基材に垂直方向に装着部材が着脱でき、かつ温度変化等の環境変化に対しても信頼性の高い光コネクタを構成することが可能となる。また、基材としてプリント基板を用いることで、プリント基板用光コネクタとして使用することもできる。
【００２６】
図８は、本願発明の第６の実施の形態に係る光学接続構造を示す正面図であり、上記第５の実施の形態（図７（ｃ））の構造に加え、装着部材３と基材５の間に補正部材１５を設けた構成になっている。補正部材１５は固定ピン９ａを有しており、これが、装着部材３の固定孔１０に挿入され固定される。また、補正部材は、補正用固定孔１７を備えている。基材３の固定ピン９ｂが補正用固定孔１７に挿入され、補正部材１５に固定される。固定ピン９ａと補正用固定孔１７間の距離が異なる補正部材を種々用意することにより、ＬＡＢを種々変化させることが可能となる。従って、基材や装着部材の材質を変更する場合など、基材や装着部材の材質によって固定点の位置を容易に変更できるという利点がある。なお、基材の材質、装着部材の材質、ＬＣＡの長さは第２の実施の形態と全く同じである。補正部材の材質はＡＢＳ樹脂を用いているが、これに限定されるものではない。ただし、熱膨張を考慮した設計上、その線膨張率が装着部材の線膨張率に近いものであるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明の光学接続構造を説明する模式図である。
【図２】本願発明の光学接続構造の他の例を説明する模式図である。
【図３】本願発明の第１の実施の形態に係る光学接続構造を示す正面図である。
【図４】本願発明の第２の実施の形態に係る光学接続構造を示す正面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）本願発明の第３の実施の形態に係る光学接続構造を示す正面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）本願発明の第４の実施の形態に係る光学接続構造の作製プロセスを示す正面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本願発明の第５の実施の形態に係る光学接続構造の作製プロセスを示す正面図である。
【図８】本願発明の第６の実施の形態に係る光学接続構造を示す正面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，２…光伝送媒体
３…装着部材
５…基材
６…Ｖ溝部材
７…接着剤
９、９ａ、９ｂ…固定ピン
１０…固定孔
１１…押圧部材
１２…固定ビス
１３…押圧ピン
１５…補正部材
１７…補正用固定孔
２１、２２…光ファイバ
３０…光学部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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